6
1 Aerospace Blockset Симуляция и моделирование летательных аппаратов, космических аппаратов и двигательных установок Aerospace Blockset™ – расширение Simulink®, предоставляет библиотеку для моделирования и симуляции летательных аппаратов, космических аппаратов, ракет, двигательных установок и беспилотных летательных аппаратов. В библиотеку включены, как блоки реализующие в математическом представлении аэрокосмические стандарты, общие рекомендации и важней- шие принципы, так и блоки для моделирования уравнений движения и навигации, диспетче- ризации коэффициентов (gain scheduling), визуализации, преобразования единиц измерения и других основных операций. Основные особенности: симуляция компонентов аэрокосмических аппаратов, включая двигательные установки, системы управления, рулевые машинки, массовые свойства; моделирование динамики полета, включая уравнения движения с тремя и шестью степе- нями свободы с фиксированной или переменной массой; предоставляет возможности для визуализации динамики транспортного средства в трех- мерной окружающей среде, включая интерфейс к тренажеру полетов FlightGear; включает в себя основанные на стандартах модели окружающей среды для атмосферы, силы тяжести, ветра, высоты геоида и магнитного поля; предоставляет предопределенные утилиты для преобразования единиц измерения, преобразования систем координат, пространственных представлений и для выполнения обыкновенных для космонавтики математических операций. Моделирование и симуляция динамики летательного аппарата NASA HL-20 (внизу слева) с использованием Simulink и Aerospace Blockset. Система визуализирована при помощи (сверху справа) тренажера полета FlightGear.

Aerospace Blockset - matlab.ru · 1 Aerospace Blockset Симуляция и моделирование летательных аппаратов, космических аппаратов

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Aerospace Blockset - matlab.ru · 1 Aerospace Blockset Симуляция и моделирование летательных аппаратов, космических аппаратов

1

Aerospace BlocksetСимуляция и моделирование летательных аппаратов, космических аппаратов и двигательных установок

Aerospace Blockset™ – расширение Simulink®, предоставляет библиотеку для моделирования и симуляции летательных аппаратов, космических аппаратов, ракет, двигательных установок и беспилотных летательных аппаратов. В библиотеку включены, как блоки реализующие в математическом представлении аэрокосмические стандарты, общие рекомендации и важней­шие принципы, так и блоки для моделирования уравнений движения и навигации, диспетче­ризации коэффициентов (gain scheduling), визуализации, преобразования единиц измерения и других основных операций.

Основные особенности:

• симуляциякомпонентоваэрокосмическихаппаратов,включаядвигательныеустановки,системы управления, рулевые машинки, массовые свойства;

• моделированиединамикиполета,включаяуравнениядвижениястремяишестьюстепе­нями свободы с фиксированной или переменной массой;

• предоставляетвозможностидлявизуализациидинамикитранспортногосредствавтрех­мерной окружающей среде, включая интерфейс к тренажеру полетов FlightGear;

• включаетвсебяоснованныенастандартахмоделиокружающейсредыдляатмосферы,силы тяжести, ветра, высоты геоида и магнитного поля;

• предоставляетпредопределенныеутилитыдляпреобразованияединицизмерения, преобразования систем координат, пространственных представлений и для выполнения обыкновенных для космонавтики математических операций.

Моделирование и симуляция динамики летательного аппарата NASA HL-20 (внизу слева) с использованием Simulink и Aerospace Blockset. Система визуализирована при помощи (сверху справа) тренажера полета FlightGear.

Page 2: Aerospace Blockset - matlab.ru · 1 Aerospace Blockset Симуляция и моделирование летательных аппаратов, космических аппаратов

2

Блоки контроля созданы на основе стандартов и позволяют проверить проектируемую систему аппарата. В блоки контроля входят модели окружающей среды для силы тяжести, атмосферы, ветра. Возможности графического переключения позволяют чередоваться между математиче­скими представлениями, позволяя быстро изменять условия моделирования, не изменяя модель. Можно автоматически генерировать код для развертывания системы на реальном оборудовании и для проверки работы системы в реальном времени при быстром прототипи­ровании и в системах типа аппаратное средство в контуре (hardware­in­the­loop) при помощи программного обеспечения Aerospace Blockset, Simulink Coder™ и продуктов xPC Target™ (оба доступны отдельно).

Симуляция компонентов аэрокосмического аппарата

Библиотеки компонентов аэрокосмических аппаратов в Aerospace Blockset™ позволяют проек­тировать и выполнять симуляцию всего аппарата в одной модели. Например, можно выпол­нить анализ и изучение компромиссов, чтобы понять логику работы системы при различных условиях окружающей среды и ограничениях параметров. Можно использовать предваритель­но подготовленные компоненты наведения, навигации и управления (guidance, navigation, control (GNC)) например, для проверки отклика радарной системы до детализации всей системы.

Специализированные блоки Aerospace Blockset для моделирования, интеграции и симуляции аэрокосмиче-ских систем с использованием математического представления эталонов и основных принципов.

Библиотека GNC включает в себя блок наведения для вычисления дистанции между двумя аппаратами по их соответствующим позициям. Навигационные блоки для моделирования акселерометра с тремя осями, гироскопа и инерциальной навигационной системы. Разные формы регуляторов предоставляют пользователю возможность исследовать эффекты влияния архитектуры на проект. В блоки компонентов Control (Управление) входят предопределенные блоки, в форме пространства состояний для одно­, двух­ и трехмерной диспетчеризации коэффициентов; блоки линейной интерполяции; блоки наблюдательно­ и самообусловленных форм; блоки одно­, двух­ и трехмерной матричной интерполяции.

В библиотеку Propulsion (Двигатель) входит блок турбовентиляторной двигательной системы, который реализует в первом приближении представление двигателя и регулятора. Этот блок вычисляет тягу и топливный поток при различных позициях топливной заслонки, числах Маха и высотах.

В библиотеку Actuators (Рулевые машинки) входят блоки компонентов для симуляции рулевых машинок: линейных второго порядка и нелинейных.

Page 3: Aerospace Blockset - matlab.ru · 1 Aerospace Blockset Симуляция и моделирование летательных аппаратов, космических аппаратов

3

В библиотеку Mass Properties (Массовые Свойства) входят блоки для оценки тензора инерции, симметричного тензора инерции и для вычисления моментов относительно центра тяжести, обусловленные действием сил.

Моделирование и визуализация динамики полета

При помощи Aerospace Blockset™ можно быстро спроектировать динамику системы, выполнить симуляцию и понять логику работы системы при различных условиях.

В библиотеку Equations of Motion (Уравнения Движения) входят блоки для симуляции урав­нений движения с тремя и шестью степенями свободы с фиксированной и переменной массой. В координатные представления уравнений движения входят телесная система координат (СК), скоростная СК и геоцентрическая связанная с Землей СК (Earth­centered Earth­fixed (ECEF)). Уравнения движения материальной точки четвертого и шестого порядка дают упрощенное представление динамики аппарата при многотельном моделировании.

Библиотека Flight Parameters (Летные Параметры) предоставляет блоки для расчета таких параметров как угол атаки, скольжение, скорость полета, число Маха, динамическое давление, относительные коэффициенты, эквивалентная воздушная скорость, индикаторная воздушная скорость, вектор угловых скоростей, радиус планеты на данной геоцентрической широте.

В библиотеку Aerodynamics (Аэродинамика) входят блоки для расчета аэродинамических сил и моментов. Можно записывать аэродинамические коэффициенты в телесных, инерци­альных или скоростных осях или можно импортировать аэродинамические коэффициенты из U.S. Air Force Digital Data Compendium (Datcom) (Справочник Цифровых Данных Воздушных Сил США). Также можно задать, в каких осях – телесных или скоростных – необходимо вычислять силы и моменты.

В библиотеку Animation (Анимация) входит интерфейс к тренажеру полетов FlightGear для визуализации динамики аппарата в сложной трехмерной среде симуляции. Блок FlightGear Preconfigured 6DoF Animation (Предварительно сконфигурированная Анимация с 6 степенями свободы в FlightGear) предоставляет возможность управления позицией и ориентацией аппарата в тренажере полетов FlightGear, используя значения двойной точности долготы, широты, высоты, крена, тангажа и рысканья из Simulink. Для более детализированной анима­ции в FlightGear можно объединить блоки Pack net_fdm Packet для FlightGear и Send net_fdm Packet к FlightGear для визуализации эффектов, таких как движение органов управления, показание приборов и работа шасси.

Как альтернативу визуализации на тренажере полетов FlightGear, можно использовать один из блоков MATLAB® Handle Graphics®. Блоки 3DoF Animation (Анимация с 3 степенями свобо­ды) и 6DoF Animation (Анимация с 6 степенями свободы) выполняют трехмерную анимацию с тремя и шестью степенями свободы, соответственно. Блок MATLAB Animation (MATLAB Анимация) предоставляет возможность задавать ограничивающий прямоугольник, смещение камеры и поле зрения для визуализации трехмерной позиции и ориентации одной или более, заданных пользователем, геометрических форм. Можно задавать геометрические формы при помощи переменных из MATLAB, .mat файлов, файлов AC3D или форматов пользователя. Все блоки из библиотеки анимации поддерживают внешний режим выполнения Simulink для визуализации приложений при быстром прототипировании (rapid prototyping) и при выполне­нии симуляции с аппаратным средством в контуре (hardware­in­the­loop).

Page 4: Aerospace Blockset - matlab.ru · 1 Aerospace Blockset Симуляция и моделирование летательных аппаратов, космических аппаратов

4

Использование Aerospace Blockset (снизу слева) с Simulink 3D Animation™ (сверху справа) для анимации движений аппарата во время симуляции.

Загрузите симулятор полетов FlightGear

Учет условий окружающей среды

Программное обеспечение Aerospace Blockset™ предоставляет эталонные модели, основанные на стандартах, которые можно использовать в симуляции.

В библиотеку Environment (Окружающая среда) входят эталоны основанные на стандартах для моделирования атмосферы, силы тяжести, высоты геоида, магнитного поля и ветра.

В библиотеку Atmosphere (Атмосфера) входят блоки, которые реализуют математические представления из 1976 Committee on Extension to the Standard Atmosphere (COESA) (Комитет 1976 года по Расширению положений Стандартной Атмосферы), International Standard Atmosphere (ISA) (Международная Стандартная Атмосфера) и нестандартных дневных моде­лей из военных технических требований США (MIL­HDBK­310 и MILSTD­210C).

Дополнительные блоки библиотеки Atmosphere реализуют математические представления из этих моделей: модель 2001 United States Naval Research Laboratory Mass Spectrometer and Incoherent Scatter Radar Exosphere (NRLMSISE) (Масс­спектрограмма и Беспорядочный Разброс Радарного Поля Рассеяния 2001 Военноморской Исследовательской Лаборатории США) и модель International Reference Atmosphere (CIRA) (Международная Справочная Атмосфера) 1986 Committee on Space Research (AR COSP) (Комитет 1986 года по космическим исследова­ниям). Модель NRLMSISE предоставляет температуру атмосферы и плотность на высотах от 0 до 1000 километров для заданного местоположения и времени. Модель CIRA предостав­ляет средние климатические данные для атмосферной температуры, зонального ветра и либо геопотенциальной высоты, либо давления для высот от 0 до 120 километров.

Библиотека Gravity (Сила тяжести) включает модели 1984 World Geodetic System (Всемирная Геодезическая Система 1984 года), 1996 Earth Geopotential Model (EGM96) (Модель Геопотенци­ала Земли 1996 года) и 2000 and 2005 versions of the World Magnetic Model (WMM) (версии 2000 и 2005 Всемирной Магнитной Модели). Блок EGM96 Geoid (EGM96 Геоид) предоставляет высоту геоида в указанном местоположении, с использованием модели геопотенциала EGM96. Блоки WMM используют математическое представление стандартов National Imagery and Mapping Agency (NIMA) (Национального Агентства по Образам и Картографии) и вычисляют

Page 5: Aerospace Blockset - matlab.ru · 1 Aerospace Blockset Симуляция и моделирование летательных аппаратов, космических аппаратов

5

горизонтальную напряженность, угол между направлением вектора магнитного поля (направление на восток принимается положительным) и направлением на северный полюс (declination), угол между направлением вектора магнитного поля (направление вниз прини­мается положительным) и горизонтальной плоскостью (inclination), полную напряженность и вектор магнитного поля Земли в заданном местоположении и времени.

Меню для World Magnetic Model 2005, одной из эталонных моделей включеных в библиотеку Environment.

Библиотека Wind (Ветер) предоставляет математическое представление из MIL­F­8785C и MIL­HDBK­1797 для вычисления поперечной силы ветра, генерации дискретных порывов ветра и турбуленции Драйдена (Dryden) и Фон Карман (Von Kármán), а также блок горизон­тального ветра для симуляции фонового ветра. Эти блоки предоставляют возможность выбора различных знаковых комбинаций угловой скорости (q, r), как определено в разных версиях военных технических требований.

Точная настройка модели

Программное обеспечение Aerospace Blockset™ включает библиотеки блоков для стандартиза­ции единиц, преобразования представлений осей, систем координат и выполнения общих математических операций.

Библиотека Unit Conversions library (Преобразование Единиц) предоставляет блоки для преобразования типичных физических характеристических единиц, таких как ускорение, плотность и температура между метрическими и английскими единицами.

Page 6: Aerospace Blockset - matlab.ru · 1 Aerospace Blockset Симуляция и моделирование летательных аппаратов, космических аппаратов

6

Дополнительная информация и контакты

Информация о продуктах sl-matlab.ru/products

Пробная версия sl-matlab.ru/trial

Запрос цены sl-matlab.ru/price

Техническая поддержка sl-matlab.ru/support

Сообщество пользователей matlab.exponenta.ru

Тренинги sl-matlab.ru/training

Контакты sl-matlab.ruE­mail: [email protected] Тел.: +7 (495) 232­00­23, доб. 0609Адрес: 115114 Москва, Дербеневская наб., д. 7, стр. 8

Библиотека Axes Transformations (Преобразование Осей) включает блоки для преобразова­ния пространственных представлений между углами Эйлера и векторами кватерниона и для создания матриц направляющих косинусов. Углы Эйлера могут быть представлены в любом из двенадцати видов в зависимости от стандартных последовательностей вращения. Матрица направляющих косинусов (вращения) выполняет преобразования между системами координат, такими как телесная и инерциальная; телесная и скоростная (wind); ECEF (Геоцентрическая Связанная с Землей) и системой координат (СК) север­восток­вниз (NED); ECEF и географиче­ская СК (latitude, longitude, altitude (LLA) (широта, долгота, высота)). Другие представления включают геоцентрическую и геодезическую широту.

Блок ECEF-to-LLA, который позволяет пользователю переключаться между моделями планеты, используя диалоговые окна Simulink.

Библиотека Math Operations (Математические Операции) предоставляет блоки для вычисле­ния векторного произведения, создания и инвертирования матриц 3 × 3, вычисления детер­минанта и присоединенной матрицы 3 × 3. Доступны также математические операции для кватернионов, такие как поиск сопряженного, деление, инверсия и модуль.